信号的概念

信号在我们的生活中随处可见， 如：古代战争中摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪… 他们都有共性：

1. 简单
2. 不能携带大量信息，只能带一个标志。
3. 满足某个特设条件才发送。
   Unix 早期版本就提供了信号机制，但不可靠，信号可能丢失。Berkeley 和 AT&T 都对信号模型做了更改，增加 了可靠信号机制。但彼此不兼容。POSIX.1 对可靠信号例程进行了标准化。

信号的机制

A 给 B 发送信号，B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行， 去处理信号，处理完毕再继续执行。与硬件中断类似——异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称 为“软中断”。

信号的特质

由于信号是通过软件方法实现，其实现手段导致信号有很强的延时性。但对于用户来说，这个延 迟时间非常短，不易察觉。

每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的，内核处理。

与信号相关的事件和状态

产生信号:

1. 按键产生，如：Ctrl+c（死循环终止）、Ctrl+z、Ctrl+\
2. 系统调用产生，如：kill、raise、abort
3. 软件条件产生，如：定时器 alarm
4. 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除 0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
5. 命令产生，如：kill 命令

递达：

递送并且到达进程。产生到递达是瞬时的

未决：

产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

信号的处理方式:

1. 执行默认动作
2. . 忽略(丢弃)
3. 捕捉(调用户处理函数) （不让它执行默认动作）
   Linux 内核的进程控制块 PCB 是一个结构体，task_struct, 除了包含进程 id，状态，工作目录，用户 id，组 id， 文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

阻塞信号集(信号屏蔽字)：

描述信号屏蔽状态，将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽 x 信号后，再收到该信号，该信号 的处理将推后(解除屏蔽后) 阻塞信号集影响未决信号集。

未决信号集:

没有处理掉

1. 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为 1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻 转回为 0。这一时刻往往非常短暂。
2. 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前， 信号一直处于未决状态。

信号的编号

可以使用 kill–l 命令查看当前系统可使用的信号有哪些。

不存在编号为 0 的信号。其中 1-31 号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号），34-64 称之为实时信 号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前 32 个名字各不相同。

信号 4 要素

与变量三要素类似的，每个信号也有其必备 4 要素，分别是：

1. 编号
2. 名称
3. 事件
4. 默认处理动作
   可通过 man7signal 查看帮助文档获取。也可查看/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/arch/s390/include/uapi/asm/signal.h

在标准信号中，有一些信号是有三个“Value” ，第一个值通常对 alpha 和 sparc 架构有效，中间值针对 x86、arm 和其他架构，最后一个应用于 mips 架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。
不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在 Unix 系统内，也出现在 Linux 中，而有的信号出 现在 FreeBSD 或 MacOS 中却没有出现在 Linux 下。这里我们只研究 Linux 系统中的信号。

默认动作：

1. Term：终止进程
2. Ign： 忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)
3. Core：终止进程，生成 Core 文件。(查验进程死亡原因， 用于 gdb 调试)
4. Stop：停止（暂停）进程
5. Cont：继续运行进程
   注意从 man7signal 帮助文档中可看到 :The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked , orignored.
   这里特别强调了 9)SIGKILL 和 19)SIGSTOP 信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为 阻塞。
   另外需清楚，只有每个信号所对应的事件发生了，该信号才会被递送(但不一定递达)，不应乱发信号！ ！

Linux 常规信号一览表

1. IGHUP: 当用户退出 shell 时，由该 shell 启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
2. SIGINT：当用户按下了<Ctrl+C>组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动 作为终止进程。
3. SIGQUIT：当用户按下<ctrl+>组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信 号。默认动作为终止进程。
4. SIGILL：CPU 检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生 core 文件
5. SIGTRAP：该信号由断点指令或其他 trap 指令产生。默认动作为终止里程 并产生 core 文件。
6. SIGABRT: 调用 abort 函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
7. SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生 core 文件。
8. SIGFPE：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为 0 等所有的算法错误。 默认动作为终止进程并产生 core 文件。
9. SIGKILL：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了 可以杀死任何进程的方法。
10. SIGUSE1：用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11. SIGSEGV：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
12. SIGUSR2：另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
13. SIGPIPE：Brokenpipe 向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14. SIGALRM: 定时器超时，超时的时间 由系统调用 alarm 设置。默认动作为终止进程。
15. SIGTERM：程序结束信号，与 SIGKILL 不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。 执行 shell 命令 Kill 时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程
16. SIGSTKFLT：Linux 早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
17. SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
18. SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
19. SIGSTOP：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
20. SIGTSTP：停止终端交互进程的运行。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21. SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
22. SIGTTOU: 该信号类似于 SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
23. SIGURG：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外 数据到达，默认动作为忽略该信号。
24. SIGXCPU：进程执行时间超过了分配给该进程的 CPU 时间 ，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为 终止进程。
25. SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
26. SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于 SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用 CPU 的使用时 间。默认动作为终止进程。
27. SGIPROF：类似于 SIGVTALRM，它不公包括该进程占用 CPU 时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止 进程。
28. SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
29. SIGIO：此信号向进程指示发出了一个异步 IO 事件。默认动作为忽略。
30. SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
31. SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
32. （34）SIGRTMIN ～ (64)SIGRTMAX：LINUX 的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时 信号的默认动作都为终止进程。

信号的产生

终端按键产生信号

1. Ctrl+c → 2)SIGINT（终止/中断） “INT”----Interrupt
2. Ctrl+z → 20)SIGTSTP（暂停/停止） “T”----Terminal 终端。
3. Ctrl+\ → 3)SIGQUIT（退出）

硬件异常产生信号

1. 除 0 操作 → 8)SIGFPE(浮点数例外) “F”-----float 浮点数。
2. 非法访问内存 → 11)SIGSEGV(段错误)
3. 总线错误 → 7)SIGBUS

kill 函数/命令产生信号

kill 命令产生信号：kill-SIGKILL pid
kill 函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)
int kill (pid_tpid,int sig); 成功：0；失败：-1(ID 非法，信号非法，普通用户杀 init 进程等权级问题)，设置 errno sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。

1. pid>0: 发送信号给指定的进程。
2. pid=0: 发送信号给 与 调用 kill 函数进程属于同一进程组的所有进程。
3. pid<0: 取|pid|发给对应进程组。
4. pid=-1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程。

循环创建 5 个子进程，杀死第三个进程

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>/** 循环创建 5 个子进程                                                             */#define N  5
int main()
{int i;pid_t pid,q;for(i=0;i<N;i++){pid = fork();if(pid == 0)break;if(i==2)q=pid;}if(i<5){while(1){printf("I am child %d,getpid= %d\n",i,getpid());sleep(1);}   }else{sleep(1);kill(q,SIGKILL);while(1);}   return 0;
}

杀死第一个cat，后面的都被杀死，因为第一个cat是管道的写端，如果第一个cat被杀，也就没有写入，所以后面的cat也就读不到数据

进程组

：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务， 每个进程组都有一个进程组长，默认进程组 ID 与进程组长 ID 相同。

权限保护

super 用户(root)可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill-9(root 用 户的 pid) 是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。 只能向自己创建的进程发 送信号。普通用户基本规则是：发送者实际或有效用户 ID== 接收者实际或有效用户 ID

raise 和 abort 函数

raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发) raise(signo)==kill(getpid(),signo); int raise(int sig); 成功：0，失败非 0 值
abort 函数：给自己发送异常终止信号 6)SIGABRT 信号，终止并产生 core 文件 void abort(void); 该函数无返回

软件条件产生信号

alarm 函数

设置定时器(闹钟)。在指定 seconds 后，内核会给当前进程发送 14）SIGALRM 信号。进程收到该信号，默认动 作终止。
每个进程都有且只有唯一个定时器。
unsigned int alarm (unsigned int seconds); 返回 0 或剩余的秒数，无失败。
常用：取消定时器 alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。 例：alarm(5) → 3sec → alarm(4) → 5sec → alarm(5) → alarm(0) （取消闹钟）
定时，自然定时法，与进程状态无关(自然定时法)！就绪、运行、挂起(阻塞、暂停)、终止、僵尸…无论进程处于何种状态， alarm 都计时。

编写程序，测试你使用的计算机 1 秒钟能数多少个数。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main()
{int i;alarm(1);//1s后发信号for(i=0;;i++) //死循环看在闹钟的1s时间内跑多少下                               printf("%d\n",i);return 0;
}

使用 time 命令查看程序执行的时间

实际执行时间 = 系统时间 + 用户时间 + 等待时间（文件I/O消耗很大）

setitimer 函数

设置定时器(闹钟)。 可代替 alarm 函数。精度微秒 us，可以实现周期定时。

struct itimerval {struct timeval it_interval; /* next value */struct timeval it_value;    /* current value */};struct timeval {time_t      tv_sec;         /* seconds */suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */};

int setitimer (int which,const struct itimerval * new_value, struct itimerval *old_value); 成功：0；失败：-1，设置 errno

参数：

which：指定定时方式

1. 自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM 计算自然时间
2. 虚拟空间计时(用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM 只计算进程占用 cpu 的时间
3. 运行时计时(用户+内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF 计算占用 cpu 及执行系统调用的时间

使用 setitimer 函数实现 alarm 函数，计算1是内计算机计算次数

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>                                                               /*
struct itimerval{struct timeval{it_value.tv_sec;it_value.tv_usec;}it_value;struct timeval{it_value.tv_sec;it_value.tv_usec;}it_interval;}it,oldit;
*/unsigned int my_alarm(unsigned int sec)
{struct itimerval it, oldit;int ret;it.it_value.tv_sec=sec;it.it_value.tv_usec=0;it.it_interval.tv_sec=0;it.it_interval.tv_usec=0;ret= setitimer(ITIMER_REAL,&it,&oldit);if(ret == -1){perror("setitimer");exit(1);}   return oldit.it_value.tv_sec;
}int main()
{int i;my_alarm(1); //alarm(sec)for(i=0;;i++)printf("%d\n",i);return 0;
}      

结合 manpage 编写程序，测试 it_interval、it_value 这两个参数的作用。

void (*signal (int signum,void ( *sighandler_t)(int)))(int);

#include<stdio.h>
#include<sys/time.h>
#include<signal.h>void myfunc(int signo)
{printf("hello world\n");
}int main(void)
{struct itimerval it,oldit;signal(SIGALRM,myfunc); //注册SIGALRM信号的捕捉处理函数//sighandler_t tml=signal(SIGALRM,myfunc);it.it_value.tv_sec=5;//定时5秒中it.it_value.tv_usec=0;//0微秒it.it_interval.tv_sec=3;//第一个和第二个之间间隔时间3秒it.it_interval.tv_usec=0;if(setitimer(ITIMER_REAL,&it,&oldit) == -1){perror("setitimer error");return -1; }   while(1);return 0;
}

注意

1. it_inter ：用来设定两次定时任务之间间隔的时间。
2. it_value：定时的时长 两个参数都设置为 0，即清 0 操作。